大型地下室混凝土裂縫原因和預(yù)防措施

　　深圳市某住宅鋼筋混凝土工程主體由三棟塔樓和二層地庫(kù)組成，地下室的第一層為設(shè)備層，第二層為地下車(chē)庫(kù)。工程總建筑面積8萬(wàn)多m²，其中地下室總面積約為16000m²，本工程為建筑一類(lèi)工程，工程建筑耐久等級(jí)為一級(jí)。塔樓采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)，塔樓間的地下室采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)采用人工挖孔樁，地下室底板厚500mm，地下室外墻厚400mm.本工程混凝土強(qiáng)度等級(jí)為：墻柱C35～C45，梁板C30～C40，其余部位C10～C20.混凝土保護(hù)層厚度為15mm～35mm.

　　2.1調(diào)查內(nèi)容

　�。�1）裂縫情況：包括裂縫位置、長(zhǎng)度、寬度、深度、性質(zhì)及發(fā)展情況等。

　�。�2）設(shè)計(jì)、施工情況：包括裂縫相應(yīng)位置的結(jié)構(gòu)構(gòu)造、混凝土強(qiáng)度等級(jí)、施工工藝及養(yǎng)護(hù)情況。

　　2.2調(diào)查方法和手段

　　2.2.1調(diào)查方法

　　裂縫調(diào)查采用普查與典型調(diào)查相結(jié)合的方法。對(duì)于裂縫比較集中的地下室D軸線(xiàn)附近的裂縫分布情況進(jìn)行普查（D軸線(xiàn)為塔樓和地下室交界處），對(duì)裂縫深度進(jìn)行抽查，并對(duì)比較典型的裂縫的發(fā)展情況進(jìn)行跟蹤調(diào)查。

　　2.2.2調(diào)查手段

　　本次調(diào)查采用的設(shè)備和工具主要有以下幾種：

　�。�1）裂縫位置主要根據(jù)設(shè)計(jì)圖，借助于鋼尺、相機(jī)等進(jìn)行檢查調(diào)查，并繪制裂縫分布圖。（2）裂縫寬度使用塞尺、刻度放大鏡進(jìn)行測(cè)量。

　�。�3）裂縫長(zhǎng)度用鋼尺和皮尺測(cè)量。

　�。�4）裂縫深度按照規(guī)范要求用超聲波儀測(cè)量超聲波發(fā)送和響應(yīng)時(shí)間，經(jīng)過(guò)計(jì)算得到裂縫深度。

　　2.3裂縫調(diào)查

　　2.3.1地下室裂縫情況

　�。�1）裂縫部位、長(zhǎng)度和寬度

　　對(duì)地下室負(fù)一層和負(fù)二層沿D軸線(xiàn)附近的裂縫進(jìn)行了初步調(diào)查，負(fù)一層的裂縫情況見(jiàn)表1，負(fù)二層的裂縫情況見(jiàn)表2（略）

　　（2）裂縫深度

　　對(duì)地下室部分裂縫的深度進(jìn)行了抽查，抽查結(jié)果見(jiàn)表3所示。

　　2.3.2跟蹤調(diào)查

　　對(duì)地下室混凝土的部分裂縫的寬度進(jìn)行了跟蹤調(diào)查，調(diào)查結(jié)果表明：地下室的少量裂縫在繼續(xù)發(fā)展，不過(guò)發(fā)展趨勢(shì)不大；在地下室頂板和墻面分別有少量新的裂縫產(chǎn)生。

　　2.4裂縫特征分析

　　調(diào)查發(fā)現(xiàn)地下室的裂縫主要集中于D軸線(xiàn)附近，并且地下室的裂縫具有以下特點(diǎn)：

　�。�1）頂板裂縫大多數(shù)與跨度方向呈45℃左右的斜角，個(gè)別裂縫穿過(guò)兩塊以上的板。

　　（2）頂板呈斜角的裂縫多數(shù)相互平行，且集中于D軸線(xiàn)附近板的一角。

　�。�3）頂板的裂縫大多數(shù)集中于塔樓和地下室交界的D軸線(xiàn)兩側(cè)。

　�。�4）墻面裂縫多數(shù)垂直地面且相互平行，寬度自下而上逐漸變窄。

　�。�5）地下室部分裂縫相交呈八字形。

　　3.1混凝土裂縫的類(lèi)型和產(chǎn)生原因

　　混凝土的裂縫按產(chǎn)生的時(shí)間可分為硬化前裂縫、硬化過(guò)程裂縫和完全硬化后裂縫。按引起裂縫產(chǎn)生的原因把混凝土裂縫分為二大類(lèi)〔

　　第一大類(lèi)，由第一類(lèi)外荷載引起的裂縫，包括按照常規(guī)計(jì)算的主要應(yīng)力引起的“荷載裂縫”，以及由結(jié)構(gòu)次應(yīng)力引起的“荷載次應(yīng)力裂縫”，二者通稱(chēng)為結(jié)構(gòu)性裂縫、受力裂縫。

　　第二大類(lèi)，由第二類(lèi)荷載即變形變化引起的裂縫，包括溫度、濕度、收縮和膨脹、不均勻沉降等因素引起的裂縫，也稱(chēng)非結(jié)構(gòu)性裂縫。上述兩類(lèi)裂縫的區(qū)別是：前者從外荷載的作用、結(jié)構(gòu)內(nèi)力的形成，直至裂縫的出現(xiàn)與擴(kuò)展，似乎都在同一時(shí)間瞬時(shí)發(fā)生并一次完成，是個(gè)“一次”過(guò)程。而變形荷載的作用，從環(huán)境的變化，變形的產(chǎn)生，到約束應(yīng)力的形成，裂縫的出現(xiàn)與擴(kuò)展等都不是在同一時(shí)間瞬時(shí)完成的，它有一個(gè)“時(shí)間過(guò)程”，稱(chēng)之為“傳遞過(guò)程”，是一個(gè)多次產(chǎn)生和發(fā)展的過(guò)程。

　　3.2裂縫原因分析

　　根據(jù)調(diào)查結(jié)果分析，以及對(duì)地下室裂縫的初步跟蹤調(diào)查，地下室有些裂縫有進(jìn)一步發(fā)展趨勢(shì)，且有新的裂縫產(chǎn)生，裂縫的產(chǎn)生表現(xiàn)為“時(shí)間過(guò)程”，呈現(xiàn)由變形變化引起的裂縫特點(diǎn)，估計(jì)地下室裂縫由變形變化引起為主。根據(jù)地下室的裂縫特點(diǎn)，分析其原因有以下幾方面：

　�。�1）材料原因

　　根據(jù)攪拌站提供的原材料實(shí)際計(jì)量數(shù)據(jù)看，其用水量波動(dòng)較大，可能導(dǎo)致混凝土質(zhì)量波動(dòng)也較大。

　�。�2）施工原因

　　根據(jù)在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)施工過(guò)程的觀(guān)察、對(duì)現(xiàn)場(chǎng)混凝土的檢查和對(duì)施工人員的訪(fǎng)問(wèn)，發(fā)現(xiàn)有幾個(gè)問(wèn)題：一是混凝土的蜂窩麻面，二是混凝土的養(yǎng)護(hù)，三是拆模時(shí)間。蜂窩麻面反映混凝土立模和振搗方面存在不足，而養(yǎng)護(hù)不好則對(duì)混凝土整體質(zhì)量影響特別顯著，直接影響混凝土的抗裂能力。在混凝土產(chǎn)生足夠強(qiáng)度以前，過(guò)早拆模以及在混凝土施工面上過(guò)早從事其它準(zhǔn)備工序，會(huì)破壞混凝土結(jié)構(gòu)，降低承載力，導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生。另外，根據(jù)施工單位編制的《施工組織設(shè)計(jì)》，由于地下室二層與地下室一層D軸線(xiàn)落差處，地下室二層外墻與塔樓地下一層底板相連。而地下一層底板與地下二層外墻施工存在60天技術(shù)間歇時(shí)間，為使主樓節(jié)省60天工期，將地下二層外墻與地下一層底板結(jié)構(gòu)一起施工。這樣使原來(lái)的結(jié)構(gòu)剛度和結(jié)構(gòu)構(gòu)件的約束情況有所變化，在地基差異沉降變形和荷載影響下，就可能導(dǎo)致D軸墻和地下室樓板產(chǎn)生裂縫。

　�。�3）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原因

　　D軸線(xiàn)位置為人防和塔樓的交界處，塔樓部分為一層地下室，人防部分為兩層地下室，故D軸線(xiàn)兩側(cè)所受荷載及兩側(cè)結(jié)構(gòu)的剛度或柔性有顯著差異，使其變形差異較大，由于超靜定結(jié)構(gòu)的強(qiáng)約束作用，從而導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生。

　�。�4）基礎(chǔ)沉降原因

　　塔樓和地下室的東西方向和南北方向的地質(zhì)情況均有差異，其中東西方向的荷載和結(jié)構(gòu)剛度基本相同，南北方向的荷載和結(jié)構(gòu)剛度差異較大。在不同的靜荷載和施工荷載作用下，因其沉降位移不同，以及D軸線(xiàn)附近相鄰沉降差異而導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生，D軸線(xiàn)附近的墻體垂直裂縫和八字形裂縫說(shuō)明了這一點(diǎn)。

　�。�5）環(huán)境原因

　　由跟蹤調(diào)查情況看，地下室個(gè)別裂縫寬度還有所發(fā)展，而且有新的裂縫產(chǎn)生，但原有裂縫也在閉合或者寬度變小，跟蹤調(diào)查時(shí)正值寒潮期間，因此，新的裂縫和裂縫的發(fā)展由溫度變化引起的可能性較大，但塔樓的荷載還在增大，地基的沉降尚不穩(wěn)定，故地基沉降仍然是其原因之一。

　　裂縫危害性主要按照有關(guān)規(guī)范允許的最大裂縫寬度來(lái)進(jìn)行分析。

　　4.1裂縫控制標(biāo)準(zhǔn)

　　從國(guó)內(nèi)外試驗(yàn)資料分析，混凝土結(jié)構(gòu)物裂縫寬度一般應(yīng)該控制在表4所示的范圍內(nèi)。

　　混凝土結(jié)構(gòu)物裂縫寬度控制范圍序號(hào)結(jié)構(gòu)物使用環(huán)境允許的裂縫寬度（mm）1無(wú)侵蝕介質(zhì)、無(wú)抗?jié)B要求0.32輕微侵蝕、無(wú)抗?jié)B要求0.23嚴(yán)重侵蝕、有抗?jié)B要求0.1

　　我國(guó)規(guī)范規(guī)定鋼筋混凝土構(gòu)件的最大裂縫寬度見(jiàn)表5，美國(guó)的規(guī)定見(jiàn)表6所示。表5鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件最大裂縫寬度允許值序號(hào)結(jié)構(gòu)物使用環(huán)境最大裂縫寬度允許值（mm）1屋架、托架的受拉構(gòu)件煙囪、用以貯存松散體的筒倉(cāng)處于液體壓力下而無(wú)專(zhuān)門(mén)保護(hù)措施的構(gòu)件0.22處于正常條件下的構(gòu)件0.3表6美國(guó)混凝土學(xué)會(huì)224委員會(huì)對(duì)裂縫寬度的限值序號(hào)結(jié)構(gòu)物使用環(huán)境最大裂縫寬度允許值（mm）1干燥環(huán)境，有保護(hù)層0.42潮濕空氣，土壤中0.33凍結(jié)環(huán)境（加防凍劑）0.184海水環(huán)境0.155貯水構(gòu)筑物0.1

　　根據(jù)上述我國(guó)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及美國(guó)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，將上述分類(lèi)的混凝土裂縫定性為：

　　（1）寬度小于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值者屬于無(wú)害、可修復(fù)的裂縫；

　�。�2）寬度超過(guò)規(guī)定值者，一般需要由設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理、業(yè)主等有關(guān)方面共同商定處理方案。

　�。�3）活裂縫需要進(jìn)一步觀(guān)察，待其基本穩(wěn)定后，才能確定處理方案。

　　根據(jù)本工程實(shí)際所處環(huán)境和用途，裂縫寬度的允許值取0.3mm為宜。

　　4.2裂縫危害性分析

　　從地下室混凝土裂縫調(diào)查結(jié)果可見(jiàn)，地下室負(fù)一層共抽查裂縫99條（見(jiàn)表1），其中頂板80條，墻面19條。超過(guò)上述規(guī)定值的裂縫有5條，占地下室負(fù)一層總裂縫數(shù)的5.05％，其中頂板2條，墻面3條。其余裂縫寬度均在允許范圍之內(nèi)。頂板的裂縫較多，占81％，墻面裂縫只占19％。地下室負(fù)二層共抽查裂縫45條（見(jiàn)表2）。其中頂板33條，墻面12條。裂縫寬度超過(guò)規(guī)定值者l條（頂板部位），占2.2％。與負(fù)一層一樣，頂板的裂縫數(shù)較多，占73％，墻面裂縫次之，占27％。根據(jù)裂縫調(diào)查結(jié)果、建筑物重要性、使用功能和裂縫控制標(biāo)準(zhǔn)看，地下室裂縫目前對(duì)結(jié)構(gòu)的安全性影響還不大，但由于少量裂縫有輕微的進(jìn)一步發(fā)展趨勢(shì)，而且裂縫數(shù)量多，因此現(xiàn)有的裂縫會(huì)影響結(jié)構(gòu)的使用功能和外觀(guān)，應(yīng)該按照規(guī)范或設(shè)計(jì)要求對(duì)裂縫進(jìn)行相應(yīng)的處理。

　　（1）攪拌站應(yīng)該加強(qiáng)原材料質(zhì)量檢測(cè)和控制，特別是砂石含水量和含泥量的檢測(cè)和控制，以確�；炷�土本身的質(zhì)量穩(wěn)定；進(jìn)一步優(yōu)化混凝土配比，提高混凝土抗裂能力；對(duì)一些必要的試驗(yàn)檢測(cè)工作應(yīng)予加強(qiáng)，如混凝土收縮試驗(yàn)等。

　�。�2）施工單位應(yīng)該重視施工質(zhì)量和加強(qiáng)質(zhì)量管理，特別是要重視混凝土振搗、養(yǎng)護(hù)工作，保證模板的牢固，鋼筋保護(hù)層的準(zhǔn)確等；作好日常的施工記錄，包括養(yǎng)護(hù)記錄、施工異常情況處理記錄、施工日志、質(zhì)量檢查日志。嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行施工，特別是要保證鋼筋位置和數(shù)量，否則會(huì)造成嚴(yán)重后果。

　　（3）設(shè)計(jì)單位在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該主動(dòng)征求其他單位和技術(shù)人員的意見(jiàn)，特別是征求施工單位、科研單位的意見(jiàn)；征求材料研究人員、質(zhì)檢人員的意見(jiàn)，以保證所設(shè)計(jì)的工程既安全、又便于施工。設(shè)計(jì)單位應(yīng)該對(duì)地下室重要構(gòu)件的承載力進(jìn)行驗(yàn)算，以便及早發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)不足之處；對(duì)地基沉降情況進(jìn)行驗(yàn)算，以便采取對(duì)策。

　　根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查結(jié)果、理論分析，得出以下初步結(jié)論：

　�。�1）地下室的裂縫由變形變化引起為主因，特別是沉降變形引起的可能性較大。

　�。�2）地下室新發(fā)現(xiàn)的裂縫由溫度變化和沉降變形共同引起的可能性較大。

　�。�3）從目前情況看，地下室現(xiàn)有裂縫對(duì)本工程的安全還沒(méi)有太大的危害，暫時(shí)不需要特別加固處理。